[发明专利]一种基于氟硼二吡咯染料的高选择性硫化氢比率荧光探针及其制备和应用

说明书

本发明公开了一种用于检测硫化氢的氟硼二吡咯类新型比率荧光探针，其分子结构式如式(I)所示。本发明基于氟硼二吡咯染料，通过连续亲核反应增强分子共轭性设计策略构建硫化氢比率荧光探针，该探针高选择性地识别硫化氢，探针的荧光发射强度在594nm处逐渐增强，在542nm处逐渐减弱，二者强度比值与硫化氢浓度在一定范围内呈线性关系，并能够在细胞内对硫化氢实现双通道比率荧光成像。

技术领域

本发明涉及一种比率荧光传感及其应用，具体涉及一种基于荧BODIPY的高选择性硫化氢比率荧光探针的制备与应用，属于有机荧光传感技术领域。

背景技术

硫化氢(H₂S)是继一氧化氮(NO)和一氧化碳(CO)之后的第三个气态递质，由于其在生物学进展中的多重特征，硫化氢(H₂S)受到更多关注。细胞内H₂S是由半胱氨酸γ-裂解酶(CSE)和半胱氨酸β合酶(CBS)等酶由含硫氨基酸催化的酶产生的，在调节血管张力、神经调节、炎症和细胞凋亡等多种生理活性方面进一步起重要作用。H₂S浓度异常通常与多种疾病相关，包括糖尿病、阿尔茨海默氏症和肝硬化。因此，监测细胞内H₂S水平对于彻底了解H₂S在活细胞中的功能作用具有重要意义。

荧光探针因其高灵敏度、高选择性、高时空分辨率，是生物系统中最有力的检测方法之一(Chem.Soc.Rev.2015,44,6143–6160)。在众多荧光团中，氟硼二吡咯(BODIPY)染料因其高吸收系数、优异的荧光量子产率和高光稳定性而在荧光传感和成像中得到了广泛的应用。迄今为止，已有很多基于BODIPY荧光探针用于活细胞中内源性硫化氢的监测和成像，并具有高灵敏度和低检测限值。然而，这些报道的荧光探针检测硫化氢大部分都是通过荧光强度增强或减弱的检测模式，但也存在一些检测上问题，如单一荧光强度的变化也容易收到环境因素、激发光源和探针浓度的干扰上，从而导致检测误差。比率荧光探针通过两个通道波长处的荧光强度比值来检测硫化氢的浓度变化，从而表现出更好的检测精度，避免了生物成像中的系统误差。此外，H₂S荧光探针设计策略主要是探针与硫化氢的反应，包括亲核反应、迈克尔加成反应、硝基或叠氮化物的还原、金属离子配合物型等。其中，硫化氢与探针的亲核加成反应通过改变探针分子内电荷转移或阻断光诱导电子转移过程来实现荧光恢复。然而，这种亲核反应很容易被细胞活性硫源(半胱氨酸和谷胱甘肽)干扰，导致传感选择性差。因此，需要开发基于氟硼二吡咯染料，对硫化氢有比率荧光强度变化并具备优异检测选择性的荧光探针。

发明内容

本发明提供了一种氟硼二吡咯类比率荧光探针、其制备方法及其对硫化氢进行高效的荧光检测技术。

本发明所述得比率型荧光探针化学结构式如式(I)所示：

本发明的氟硼二吡咯荧光探针，通过与硫化氢发生连续亲核取代反应导致分子共轭性增强，荧光发射光谱红移，从而高选择性和精准识别检测硫化氢。在测试体系DMSO/PBS缓冲溶液(v/v,1/1,pH 7.0)中，探针在542nm处有强绿色荧光，在与硫化氢响应后，荧光发射红移至594nm，实现双波长比率荧光检测，并具有强检测选择性和检测灵敏度，并可用于裸眼定性鉴别和荧光定量检测。

本发明还提供了一种所述比率荧光探针的制备方法，包括以下步骤：

根据合成不对称氟硼二吡咯的方法，2,4-二甲基-3-乙基吡咯和5-氯-2-醛基吡咯在三氟乙酸以及三氟化硼乙醚/三乙胺作用下合成得到3-氯取代氟硼二吡咯化合物2，此化合物在一氯化碘中反应得到化合物3，最后，化合物3与2-甲醛苯基硼酸在Pd催化剂下发射Suzuki偶联反应，反应结束后经过后处理得到比率荧光探针。

制备化学反应式如下

本发明还提供了一种所述的新型比率荧光探针对NaHS的光谱响应和细胞成像方面的应用。